ספקטרוסקופית ראמאן:

תמליל

1 ניסוי ספקטרוסקופיית ראמאן. מעבדה מתקדמת בכימיה פיזיקלית ב' תקציר: בניסוי תוצג שיטת מדידה אופטית המבוססת על אינטרקציית קרני אור עם רמות אנרגיה וויברציוניות של חומר בתהליך שנקרא פיזור ראמאן. במהלך הניסוי ילמדו הסטודנטים את העקרונות התאורטיים של השיטה ויכירו לעומק את המערכת הניסיונית הבנויה ממיקרוסקופ,מקור לייזר,ספקטרוגרף וגלאים רגישים. הסטודנטים יאפיינו באמצעות המערכת חמרים שונים ביניהם שכבות אטומית בודדת של גרפן וננו-צינוריות פחמן. בנוסף הסטודנטים ינטרו טמפרטורה בהתקנים אלקטרונים תוך מדידת איכלוס רמות האנרגיה. המעבדה תקנה כלים חשובים למחקר ולתעשיה בתחום האופטיקה. ספקטרוסקופית ראמאן: עובר בתווך, חלקו הגדול מתפזר כמעט ללא כל שינוי, ~ כאשר אור מונוכרומטי בעל מספר גל תופעה שמכונה פיזור ריילי scatterng(,)raylegh על שם הלורד Raylegh שהסביר ב את התופעה לראשונה במונחים של הפיסיקה הקלאסית. ניתוח הספקטרום של האור המפוזר, מעלה כי לאור שהתפזר ללא שינוי משמעותי, התווספה כמות קטנה מאוד של אור בעל מספרי גל תואם את המעברים בין הרמות האנרגטיות של המולקולות, כאשר ~ ~ ' ~ ~ m m מן הצורה בתווך. סוג כזה של פיזור נקרא פיזור ראמאן scatterng( )Raman על שם המדען ההודי,Raman 2 שגילה את האפקט בשנת 1928 )וזכה על כך בפרס נובל בפיסיקה לשנת 193(. כחמש שנים לפני 3 כן, נובאה התופעה הזאת על בסיס תיאורטי על ידי.Smekal פיזור ריילי נובע מן האינטראקציות האלסטיות )אינטראקציות בהן כמעט ואין מעבר אנרגיה( בין הפוטונים לבין המולקולות, ולכן נקרא פיזור ריילי גם הפיזור האלסטי scatterng(.)elastc יש לציין כי פיזור ריילי נצפה תמיד כאשר נצפה פיזור ראמאן, ויש לכך גם יתרון מעשי, היות וכך )אותם אנו מחפשים( מתוך ' ~, ~ שביחס אליו נחשב את, ~ m מתאפשר לראות באופן ישיר את אותו אנו מודדים בספקטרוסקופיה. החיסרון בנוכחותו של פיזור ריילי יחד עם פיזור ראמאן טמון בכך כי זה מפריע לצפות בפיקים המתארים את התנודות המולקולריות בתדירויות נמוכות, ומגבילה בכך את היישומים של ספקטרוסקופית ראמאן. לעומתו של פיזור ריילי, בעת פיזור ראמאן מתרחש מעבר של אנרגיה בין הפוטון לבין המולקולה, ולכן מדובר בפיזור לא-אלסטי scatterng(.)nelastc הפוטון יכול למסור קוונטום של אנרגיה (, או לקבל אותו ~ ' ~ ~ m למולקולה של התווך )ואז נקבל פיזור בעל אנרגיה נמוכה יותר ממנה )אז נקבל אור באנרגיה גבוהה יותר האינטראקציה שלו עם המולקולה, זה סימן כי המולקולה הייתה (. כאשר הפוטון מקבל אנרגיה בעת ~ ' ~ ~ m מלכתחילה במצב מעורר )ובעקבות האינטראקציה חזרה למצב היסוד(. היות ובטמפרטורת החדר קיימת רק כמות קטנה ביותר של מולקולות המאכלסות רמות מעוררות, התופעה של פיזור האור בעל אנרגיה גבוהה יותר 1

2 מזאת של האור הפוגע חלשה יחסית. כתוצאה מכך, יהיו קווי הספקטרום המתארים את המצב בו יש איבוד אנרגיה על ידי הפוטון, המכונים קווי סטוקס lnes(,)stokes חזקים משמעותית מן הקווים המתארים את קבלת האנרגיה על ידי הפוטון, המכונים קווי אנטי-סטוקס ( ant-stokes.)lnes ניתן לתאר את אפקט ראמאן בשיטה סמי-קלאסית בדרך הבאה. ניקח את השדה האלקטרומגנטי, E שמתאר לנו את הקרינה בעלת תדר הפוגעת בתווך: E E cos t במולקולה של התווך: E E cos t )1( שדה זה יגרום למומנט דיפול מושרה כאשר מתאר את הפולריזיביליות )polarzablty( של המולקולה. ממשוואה )2( אנו רואים כי )2( הדיפול פועם בתדר, ולכן תיפלט ממנו קרינה באותו התדר, קרי, המשוואה תתאר לנו את, v ייווצר פיזור ריילי. אבל, במידה והמולקולה המוקרנת תהיה בעלת ויברציה בתדר מחזורי בפולריזיביליות של אותה המולקולה: שינוי v cos v t )3( כאשר ריילי. מתאר את הפולריזיביליות "הסטטית" של המולקולה המוקרנת, אשר מביאה לפיזור מתוך )2( עם התיקון של )3( נובע כי ניתן המולקולה בצורה הבאה: לכתוב כעת את המשוואה עבור מומנט הדיפול של ( v cosvt) E cost E cost ve cost cosvt E cos t 1 ve cos( v) t 1 2 2vE cos( v) t Raylegh antstokes מתוך משוואה )4( ניתן לראות בנקל כי מדובר בדיפול אשר פולט קרינה בשלושה תדרים,, E t פיזור המתוארים על ידי שלושת האיברים של משוואה: פיזור ריילי מתואר על ידי cos, ופיזור ראמאן באנרגיה 1 2v E cos( v) ראמאן באנרגיה נמוכה יותר )סטוקס( על ידי t. בנוסף, ניתן לראות מכאן כי במידה גבוהה יותר )אנטי-סטוקס( על ידי 1 E cos( t 2 v v) ( v פיזור ראמאן לא יופיע ואופן הוויברציה איננו משנה את הפולריזיביליות של המולקולה ( 4 כלל. את הפיתוח המפורט יותר ניתן לראות בספרו של Long הדן בספקטרוסקופית ראמאן. Stokes )4( 2

3 Energy Raylegh Stokes Ant-Stokes Vrtual state איור 2.1 תיאור התהליך פיזור ריילי ופיזור ראמאן )קווי סטוקס ואנטי-סטוקס( איור 2.1 מדגים את שלושת תהליכי הפיזור המתרחשים. המולקולה שבה הקרינה פוגעת עוברת למצב אלקטרוני "וירטואלי" מעורר, ונמצאת בו זמן קצר בלבד. לאחר מכן המולקולה חוזרת למצב היסוד )האלקטרוני(, וכאן קיימות שלוש אפשרויות למה שיתרחש. במרבית המקרים, תחזור המולקולה למצב הקודם שלה, דבר שיביא לפליטת פוטון באורך גל זהה לזה של האור הפוגע )פיזור ריילי(. אפשרות נוספת היא שהמולקולה תגיע למצב ויברציוני מעורר, ובמידה כזאת ייפלט פוטון בעל אנרגיה פחותה )קווי סטוקס(. ובמידה והמולקולה הייתה מלכתחילה במצב ויברציוני מעורר, היא יכולה לסיים במצב יסוד ויברציוני )מצב אנרגטי ההתחלתי(, וכתוצאה מכך ייפלט פוטון בעל אנרגיה גבוהה יותר )קווי אנטי-סטוקס(. אמנם פיזור ראמאן התגלה ונחקר במחצית הראשונה של המאה ה- נמוך יותר מן המצב 2, בשלב הראשון לא התפתחה הטכנולוגיה באופן משמעותי. רק הופעתו של הלייזר, מקור קרינה מונוכרומטית בעוצמה גבוהה, ושיפורים משמעותיים בטכנולוגיות הגילוי של קרינה נתנו דחיפה משמעותית לשיטה זאת, וספקטרוסקופית ראמאן הפכה לכלי זמין מאוד למחקר ספקטרוסקופי, כמו ספקטרוסקופית הבליעה בתחום האינפרא-אדום )ספקטרום.)IR בשלב זה גדל משמעותית מספר המאמרים בנושא, אך המגבלה העיקרית של ספקטרוסקופית ראמאן נשארה העוצמה הנמוכה של האות, הנובעת מחתך הפעולה הקטן אלסטי הוא מסדר גודל של כ- מאוד של תהליך ראמאן. חתך הפעולה של הפיזור הלא-, cm 2 /molecule קטן יחסית לחתך הפעולה של פלואורסנציה )עד כ- 1( 16- cm 2 /molecule, או זה של הפיזור האלסטי )מסדר גודל של ). התוצאה של היחס בין חתך הפעולה של פיזור ראמאן לזה של פיזור ריילי, 27 cm 2 /molecule 5 ex gr היא שהאות של פיזור ראמאן ויברציוני יהווה רק כ-.1% מכלל האור המפוזר )תופעה שבאה לידי ביטוי ביחס האות לרעש(. 3

4 תיאור קוונטי: The selecton rules for Raman scatterng s turn out to depend not only on the electrc dpole moment (E), but on the matrx elements of the molecular polarzablty. The physcal dsplacement dq of the atoms about ther equlbrum poston due to the partcular vbraton mode may be expressed as (5) where Qo s the maxmum dsplacement about the equlbrum poston. The dsplacements are typcally small and there ampltude s around 1% of the bond length. For such small dsplacements, the polarzablty may be approxmated by a Taylor seres expanson: (6) Were s the polarzablty of the molecular mode at equlbrum. For the 1 st order approxmaton of the polarzablty Taylor seres the vbraton transton ntegral s: (7) The 1 st ' expresson, s non zero only when,, whch s Raylegh ' v v scatterng. From the second expresson the Raman selecton rules can be seen: The condton,, means that the polerezablty changes as a result of the Q vbraton. The second selecton rule can be extracted from the ntegral ' Q v and s know to be 1. v 4

5 המערך הניסיוני: תיאור כללי: המטרה שלנו היא לקבל את ספקטרום ראמאן של המשטח הנבחן בכל נקודה ונקודה. לשם כך בנינו מיקרוסקופ ראמאן קונפוקלי Mcroscope( )Confocal Raman שבאמצעותו ניתן יהיה לסרוק את המשטח, לבחון אותו בכל נקודה ונקודה וכך לאפיינו. הדגש העיקרי הוא על האיסוף של המקסימום האפשרי של האור הנפלט. להלן ניתן לראות תרשים שמתאר באופן כללי את מרכיבי המערכת: PC 13 מקרא: השולחן האופטי העמוד הנושא יחידת המיקוד מכלול ההארה האובייקטיבים מכלול הצפייה מכלול ראמאן מעמד הדוגמא בקר הנעה מקור ההארה הלייזר הספקטרוגרף המחשב איור 3.1 תיאור כללי של המערכת בידוד התנודות: לבידוד של תנודות יש חשיבות רבה במערכת שנבנתה. ראשית כל, המיקרוסקופ שנמצא מעל הדוגמא חייב להיות יציב ולהישאר מעל נקודה קבועה. בנוסף, גם על הדוגמא לשמור על יציבות ולא לזוז יחסית לאובייקטיב המיקרוסקופ. לצורך כל אלה נבנתה המערכת כולה על גבי תחנת עבודה עם שולחן אופטי המאפשר בידוד מפני הזעזועים המועברים מן הרצפה. בנוסף, העמוד הנושא )2( של המיקרוסקופ גם הוא מרוסן )מתוצרת חברת.)NRC על מנת לבודד את המערכת גם מן הזעזועים המועברים מן המכשירים המחוברים לחשמל )ספק הכוח של הלייזר, מקור האור, הכבלים אל המחשב וכד'( כל החוטים והסיבים האופטיים המתחברים אל המערכת עוברים דרך מתקן, אשר מרסן את הויברציות העוברות דרך החוטים. 5

6 המיקוד וההארה: המיקוד של המיקרוסקופ נעשה באמצעות יחידת המיקוד הסטנדרטית )3( של חברת Olympus )יחידת מיקוד BXFM-F עם מחזיק הארה )BXFM-ILHS. a b c d f e איור 3.2 תיאור מסלול קרן ההארה בתחתית יחידת המיקוד מותקן מכלול ההארה )4(, אשר נבנה על ידינו. האור מגיע ממקור האור )11( של חברת M1( Fber Optc Illumnator( Mlle-Luce באמצעות סיב אופטי. בתוך גוף מכלול ההארה נמצאת מסילה ועליה מודבק מפצל קרן spltter(.)beam בעזרת הידית ניתן להעביר את מפצל הקרן מן המצב בו איננו נמצא כלל במסלול האופטי של המיקרוסקופ )מצב העבודה( אל המצב בו ניתן להעביר את האור ממקור ההארה אל הדוגמא שמתחת לאובייקטיב. ניתן לראות את מסלול קרן ההארה באיור 3.2 שלהלן: האור יוצא מקצה הסיב )a( ועובר דרך מערכת של שני צמצמים )b( ושתי עדשות )c( הנמצאת בתוך צינור שאורכו נשלט באמצעות התקן זום )d(. מפצל הקרן )e( היושב על גבי המסילה שבתוך מתקן ההארה מכוון את הקרן אל גב האובייקטיב, שאליו במגיעה הקרן בקוטר )2.8 מ"מ( ובזווית הפתיחה NA(.6( האופטימליים להארת שדה הראיה )על פי מאפייני האובייקטיבים(. האובייקטיבים: לדופן התחתונה של מכלול ההארה מחוברת המסילה הנושאת את האובייקטיבים )5( מתוצרת.Mtutoyo בעזרת הידית ניתן להעביר בין שני האובייקטיבים, תוך שמירה על האזור הנצפה על פני הדוגמא. האובייקטיב בעל ההגדלה הקטנה )5x M( Plan Apo משמש לאיתור ראשוני של האזור הנבחן בדוגמה, והאובייקטיב השני )1x M( Plan Apo משמש לאיתור מדויק של המקום הנבדק, מיקוד הלייזר על הדוגמא ואיסוף האור. 6

7 איור 3.3 איסוף האור על ידי אובייקטיב האובייקטיב M Plan Apo 1x נבחר כאובייקטיב העבודה העיקרי בגלל שילוב של שתי תכונות בולטות, זווית איסוף האור הרחבה ).7 )NA יחד עם מרחק העבודה הגדול יחסית )6 מ"מ(. זווית איסוף האור גדולה יותר, פירושה שניתן לאסוף יותר מהאור הנפלט ממוקד הלייזר על הדוגמא וכך יתקבל אות חזק יותר. ניתן לראות זאת מודגם באיור 3.3, כאשר האובייקטיב הימני בעל NA גדול יותר )וכתוצאה מכך גם מרחק עבודה קטן יותר( מסוגל לאסוף את האור הנפלט מן הדוגמא בזווית מרחבית רחבה יותר מאשר האובייקטיב בעל NA קטן )משמאל( מרחק עבודה )WD( גדול מאפשר מרחב שבו ניתן לעבוד מתחת לאובייקטיב, לחבר אלקטרודות ולהוסיף רכיבים נוספים. מכלול הצפייה: על גבי מחזק ההארה של יחידת המיקוד נמצא מכלול הצפייה )6( שייעודו לאפשר צפייה בדוגמא שמתחת לאובייקטיב באמצעות המצלמה. המכלול מבוסס על יחידת פיצול קרן סטנדרטית של חברת Olympus )דגם.)U-DP בתוך היחידה קיימת מסילה עם ידית שמאפשרת מעבר בין שני מצבים: מצב בו לא קיימת כל הפרעה למסלול הקרן )מצב העבודה( ומצב בו מוכנס למסלול התקן ועל גביו רכיבים אופטיים. במערכת שלנו הותקנו על גביו מפצל קרן )9/1( ו- neutral densty flter ש תפקידו הוא לצמצם את מעבר קרן הלייזר )על ידי הקטנת העוצמה (, כאשר מתבצעת צפייה בדוגמא, וזאת על מנת למנוע פגיעה במצלמת הצפייה. תפקידו של מפצל הקרן להפנות 9% מהאור המגיע מן האובייקטיב אל המצלמה. המצלמה )עם חיישן C-MOS בגודל "½ ובעלת רזולוציה של 2 מגה-פיקסל מתוצרת )BDR מורכבת על חיבור C-mount שמיועד לכך ומחוברת למחשב באמצעות כבל.USB2 הצפייה בדוגמא שמתחת למיקרוסקופ היא עם התוכנה של.BDR 7

8 מכלול ראמאן: מעל מכלול הצפייה מורכב מכלול ראמאן )7(. מדובר בחלק המרכזי של המערכת שמאפשר לשלב את קרן הלייזר במערכת, לכוונה באופן המדויק ביותר אל מרכז שדה הראיה, ולמקד את האור הנפלט לתוך הסיב המוליך אל הספקטרוסקופ. הלייזר )11( שנעשה בו השימוש הוא לייזר מצב מוצק רציף )בעל קרן באורך גל של )532nm מתוצרת B&W Tek )מס' דגם )BWN-532-2E ובעוצמה של 2 מיליוואט, המצומד לסיב אופטי המעביר את הקרן. את התרשים המתאר את מבנה מכלול ראמאן ניתן לראות באיור 3.4 שלהלן איור : 3.4 שמאל, ציור סכמתי של מהלך הקרניים במכלול הראמאן. ימין, שרטוט מכאני חיצוני של מכלול הראמאן. קרן הלייזר יוצאת מסיב אופטי דרך קולימטור שמוציא אלומה מקבילה בקוטר של מ"מ. 3 האלומה עוברת דרך הפילטר ZX41( של )Irdan שמעביר רק את אורך הגל של הלייזר על מנת מנוע כניסת הפרעות, ודרך צמצם שמקטין את קוטרה ל- 2.8 מ"מ )הקוטר של הפתח האחורי של האובייקטיב(. שילוב קרן הלייזר במקרוסקופ מתבצע ע"י מניפולציות על הקיטוב השדה החשמלי של הלייזר. אלומת הלייזר, בקיטוב ליניארי, פוגעת בפלטת חצי אורך גל, ומאפשרת סיבוב של הקיטוב הלייזר. לאחר מכן פוגעת הקרן ב היושבת על גבי דרגה סיבובית polarzng beam spltter (PBS) אשר מחזיר, בזווית של האור כל,את 9 P בקיטוב ומכוון אותו ישירות למטה אל האובייקטיב כך. האור בקיטוב S מועבר ונבלע ע"י פילטרים מתאימים למניעת החזרות. 8

9 האור בקיטוב ליניארי P עובר בפלטת רבע אורך גל אשר הופכת את הקיטוב שלו מליניארי למעגלי. הלייזר מגיע לאובייקטיב, ממוקד על הדוגמה ועובר ומתפזר ממנה. כאשר האור )הנפלט מן הדוגמה( חוזר דרך האובייקטיב, הוא עובר שוב דרך פלטת רבע אורך הגל והקיטוב שלו הופך ממעגלי למקוטב ליניארית S. כעת, במעבר ב PBS כל האור, עובר את PBS ועולה מעלה במכלול האופטי. האור המפוזר מגיע ל notch flter,אשר מחזיר את כל האור באורך הגל של הלייזר ומעביר למעלה את כל שאר האור הנפלט )ובתוך כך את פיזור ראמאן מן הדוגמא(. זווית מחזיק הפילטר יחסית לאלומת האור, ניתנת לכוונון כדי לאפשר שליטה בתגובת התדר של הפילטר תוך שמירה על תכונותיו )צפיפות אופטית ותחום החסימה ספקטרלי התלויים בזווית הפגיעה של האלומה כך שסיבוב הפילטר מניצבות מסיט את אורכי הגל שבהם פועל הפילטר כלפי אורכי גל נמוכים יותר(. לצורך חסימה נוספת של פיזור ריילי נשתמש בשני notch flters אשר עיקרון בפעולתם זהה. אלומת האור שעברה את הפילטר ממוקדת על ידי עדשה אכרומטית אל תוך הסיב האופטי )בעל קוטר של 5 מיקרון( המוביל אל הספקטרוגרף )12(. העדשה הינה בעלת מרחק מוקד של 45 מ"מ, כדי שהאלומה תגיע בזווית קטנה מספיק לאפשר כניסת כל האור אל הסיב. הקצה של הסיב נמצא על גבי טרנסלטור XY שמאפשר מיקום מדויק ביותר של קצהו בתוך המוקד של העדשה. השליטה על המיקום היא באמצעות ברגים דיפרנציאליים )דגם DM22 של,Thorlabs בעלי הפרדה של 25 מיקרון לסיבוב(, והבאתו של הסיב אל מישור המוקד מושגת על ידי התקן הזום )תנועה של 25 מיקרון לסיבוב שלם, דגם SM1ZM של.)Thorlabs המיקום של קצה הסיב בתוך מוקד העדשה הושג על ידי צפייה בשינויי העוצמה באור המגיע לספקטרוגרף, ככל שהאות התחזק, סימן שהסיב קרוב יותר לנקודת המוקד. הכוונון נעשה כאשר האובייקטיב צופה אל המראה )במקום הדוגמא(, וקרן הלייזר ממוקדת על פני המשטח. כך ניתן להבטיח שבעת הסריקה האור הנכנס אל האובייקטיב נאסף בצורה יעילה ועובר אל הספקטרוגרף. הספקטרוגרף: הספקטרום מתקבל באמצעות הספקטרוגרף )33 )Andor Shamrock בשילוב מצלמת CCD מקוררת DU971N-BV(.)Andor Newton חלק נוסף מן המערכת הוא מכלול הכנסת האור אל הספקטרוגרף, אשר נבנה באופן עצמאי. האור מגיע אל הספקטרוגרף מסיב אופטי בעל קוטר של 5 מיקרון. האור יוצא בזווית פתיחה רחבה יחסית ).22 )NA ויש צורך בשינויה על מנת לא לאבד אור בכניסה אל הספקטרוגרף )בעל f-number של ¼, התואם ל- NA קטן בערך פי שתיים(. לשם כך, עוברת אלומת האור דרך עדשה אכרומטית נוספת )בעלת מרחק מוקד של 3 מ"מ( שמכפילה את גודל דמות קצה הסיב, וכך מקטינה גם את זווית הפתיחה של אלומת האור. החיסרון הוא בכך שיש צורך בעבודה סביב גודל סדק )slt( של 1 מיקרון על מנת לא לאבד אור, דבר שמקטין מעט את ההפרדה הספקטרלית של הספקטרוגרף. יחד עם זאת, כאשר לוקחים בחשבון את ההקטנה המשמעותית של איבוד האות, 9

10 הירידה בהפרדה סבירה למדי. מיקומו של קצה הסיב יחסית לעדשה נעשה כאן באופן דומה למכלול ראמאן: על ידי התקן זום וטרנסלטור XY בעל ברגים דיפרנציאליים. בתוך הספקטרוגרף נמצא צריח )turret( ועליו שלושה סריגי עקיפה gratngs( )dffracton שניתן להחליף ביניהם על מנת לקבל הפרדות ספקטרליות שונות )הסריגים הם בני 12 3, ו- 18 קווים למ"מ, כאשר קווים צפופים יותר ההפרדה טובה יותר(..האור העובר דרך הספקטרוגרף מגיע לחיישן )מצלמת.)CCD בגלל תופעת העקיפה המתרחשת על גבי הסריגים, האור באורכי גל שונים מגיע למקומות שונים על גבי השבב של החיישן. למעשה, המצלמה רואה את האור בכל אורכי הגל בצורה דומה, ואורך הגל של כל פוטון נקבע על פי המקום על גבי המצלמה אליו הוא הגיע. בצורה כזאת ניתן לראות את הטווח הספקטרלי הרצוי כולו בו-זמנית באמצעות המצלמה ואין צורך בסריקתו יש צורך בכיול המערכת עם מקור אור רציף בעל ספקטרום מדויק וידוע, כדי לדעת מראש את פיזור הספקטרום על פני שבב המצלמה. הכיול נעשה על ידי מנורת כיול רציפה.)Ocean Optcs HG-1( Hg-Ar על פני שבב החיישן של מצלמת CCD יש מערך של 16 על 4 פיקסלים )16 לרוחב, 4 לגובה( בגודל של 16x16 מיקרון. בנוסף המצלמות ניתנות לקירור עד,-11ºC וזאת על מנת למזער את הזרם הנובע מפליטה תרמית של אלקטרונים )הזרם האפל(, דבר שמגדיל את הרעש ומקטין משמעותית את רגישות החיישן. למצלמה גם קיימת האפשרות להפעלה תוך הכפלת אלקטרונים CCD(,)EMCCD Electron Multplyng דבר שמאפשר את הגברת המטען בכל פיקסל לפני הקריאה ומביא את המצלמה לרגישות מכסימלית )עד כדי גילוי של פוטון בודד(. המצלמה מאפשרת יעילות קוונטית של עד כ- 95% )בטווח אורכי גל של 5-6 ננומטר(, מה שמבטיח יעילות גילוי גבוהה במיוחד של האות. המצלמה גם מאפשרת קצבי קריאה מהירים )עד 2.5 מגה הרץ( והפרדה טובה של האות )16 ביט(. 1

11 אפיון כימי של חמרים במעבדה נאפיין את החומרים הבאים : סיליקון 1. פוליקרבונט 2. מוליבדנט 3. יהלום 4. גרפיט 5. Carbon nano tubes.6 גרפן 7. גופרית 8. MoO3.9 יש להכיר את החומרים הנ"ל מבחינת מבנה כימי ומאפיינים ספקטרוסקופיים. ניטור טמפרטורה באמצעות ספקטרוסקופיית ראמאן Temperature measurements based on the Raman spectroscopy can be performed n two methods; the rato of the Stokes to ant-stokes ntenstes, and the Raman peak frequency shft. The temperature dependent rato of the Stokes to ant-stokes peaks n the case of non-resonance Raman scatterng s gven by (8) Ths equaton s dependent on the temperature, scatterng cross-secton, and absorptvty (not shown) of the materal of nterest. The rato of these two Raman ntenstes are related to the avalablty of phonon states whch s governed by the Boltsman dstrbuton and s a sole functon of temperature. Bblography 1. Lord Raylegh, Phl. Mag. XLI, 274, 447 (1871). 2. C. V. Raman and K. S. Krshnan, Nature 121, 51 (1928). 3. A. Smekal, Naturwss. 11, 873 (1923). 4. D. A. Long, Raman Spectroscopy (McGraw-Hll, 1977). 5. K. Knepp, H. Knepp, I. Itzkan, R. R. Dasar, M. S. Feld, J. Phys.: Condens. Matt. 14, R597 (22). 6. M. Sneep, W. Ubachs, J. of Quanttatve Spectroscopy & Radatve Transfer 92, 293 (25). 11